トラックブレーキ

磁気軌道ブレーキ（Mgブレーキ）は鉄道車両用のブレーキである。ブレーキ磁石、ポールシュー、サスペンション、動力伝達装置、そして幹線鉄道の場合はトラックロッドから構成される。磁気コイルに電流が流れると磁石がレールに引き寄せられ、ポールシューがレールに押し付けられて車両が減速する。^[1]

ディスクブレーキやシューブレーキなどのブレーキは車輪とレールの摩擦接続に依存しますが、磁気トラックブレーキはレールに直接作用します。そのため、そのブレーキ効果は車輪とレールの接触によって制限されません。そのため、レールの湿気や汚れなどの環境要因がブレーキ力に与える影響は少なくなります。^[2]

磁気軌道ブレーキは、主な車輪ブレーキ システムに加えて鉄道車両に使用されます。追加のブレーキ システムとして、鉄道車両の規定のブレーキ距離を遵守するのに役立ちます。

磁気トラックブレーキは常に無制御で最大ブレーキ力で作動するため、安全ブレーキおよび緊急ブレーキとしてのみ使用されます。最高速度 280 km/h (170 mph) で使用できます。特殊な摩擦材を使用すると、最高速度 350 km/h (220 mph) で使用できます。

磁気軌道ブレーキは軌道清掃効果により、ブレーキ作動中に後続の車輪とレール間の粘着係数を高めます。これにより、車輪効率の高いブレーキシステムも向上します。^[3]

磁気トラックブレーキは、固定磁石式と関節磁石式に分けられます。^[4]

1900 年 4 月 5 日、鉄道車両用の最初の電磁ブレーキの特許(AT11554) がロンドンのウェスティングハウス エア ブレーキ カンパニーによって登録されました。3 年後、電磁軌道ブレーキはウェスティングハウス カンパニーによってドイツで導入されました。

Mg ブレーキの特徴は、励磁コイルによって電磁石がさまざまな程度に磁化され、ブレーキ電流の強さに応じてブレーキ力が変化するという点です。ブレーキ力を調整できるように、励磁コイルの巻き数も異なっていました。そのため、軌道ブレーキには、レールの凹凸に対応できるように複数のシューも装備されていました。

1905年、ライン鉄道会社によって最初のテストが実施されました。これは約4kNの吸引力を持つ軌道磁石で、電流が流れると自動的にレール上に降りてきて、レバー装置を介してブレーキシューと車両の車輪を押します。当時はまだ、軌道ブレーキがレールと車輪の間の 摩擦とは無関係に機能するはずであるとは認識されていませんでした。

1908 年、ヨレス氏はドイツにおけるウェスティングハウス社のトラック ブレーキの代理店を引き継ぎ、その存続に大きな役割を果たしました。第一次世界大戦後、特許権が失効した後、ヨレス氏は独自のトラック ブレーキの製造を主導しました。トラック ブレーキはウェスティングハウス社から取得した図面に基づいており、1929 年まで大きな変更なく製造されました。当時のトラック ブレーキの主な特徴は、特殊な圧延材で作られたレール シューでした。

1920 年、M. ミュラー氏が率いるマグネティック ブレーキ社が軌道ブレーキを市場に投入しました。ミュラー氏は新しい設計で軌道ブレーキの改良を試みました。たとえば、プロファイル シューを市販の平鉄製のポール シューに置き換えました。それまで、軌道ブレーキは路面電車にのみ使用されており、最高速度は 40 km/h (25 mph) でした。

1930 年の初めに、ドイツ帝国鉄道は最高時速 160 km (99 mph) の速度を想定した高速鉄道プロジェクトを開始しました。このプロジェクトは軌道ブレーキにとって非常に重要な意味を持つものでした。

1931 年、ヨレス社はクノールブレムゼAG に買収され、マグネティック ブレーキ カンパニーの技術ディレクター、ミュラーが同社に入社しました。クノールブレムゼ社では、初めて高速車両用のトラック ブレーキが開発されました。ドイツ帝国鉄道の協力により、「フライング ハンブルク」で最初のテストが行​​われました。ブレーキには、合成摩擦材で作られたライニングを備えた特殊なブレーキ パッドが使用され、ブレーキ ドラムに作用し、ホイール スパイダーに取り付けられました。電磁トラック ブレーキも利用可能でしたが、これは追加の緊急ブレーキとしてのみ使用されました。

それまで一般的に使用されていたポールシューでは、もはや高速走行とそれに伴う高レベルの加熱の要求に対処できないことが明らかになりました。そのため、ポールシューは最初にスリットが入れられ、次に分割されて個々のセグメントに作られました。これにより、ブレーキ性能が 20% 向上しました。コイルはコアに固定され、次にコアとともに端面からボックスに挿入されました。コイル ボックスは、コアと磁気コイルのウェブの間にしっかりとねじ込まれ、緩むことが不可能になりました。これで、トラック ブレーキのさらなる開発は、当面完了したように見えました。

レールシューとレールの間の摩擦係数は速度に依存します。つまり、速度が上昇すると、摩擦係数は低下します。「速度を 350 km/h まで上げる」というプロジェクトが公式になったため、トラック ブレーキはこの目的にはもはや役に立たなくなったように見えました。

旅客列車の速度が時速140km（87マイル）を超え、摩擦に依存しないブレーキシステムが必要になったとき、軌道ブレーキの計画が再び持ち出され、設計が改善されました。レールとの接触面を改善するために、関節式磁石が開発され、特許を取得しました。^[5]

磁気トラックブレーキの主要部品はブレーキ磁石です。電磁石の原理に従い、鉄心に巻かれたコイルと、その周囲を馬蹄形の磁石が囲む構造になっています。

この磁気コイルに直流電流が流され、磁場が発生します。これにより、ポールシューが取り付けられたブレーキ磁石とレールの間に引力が発生します。ポールシューはレールに押し付けられ、その結果生じる摩擦により、運動エネルギーが消費されるかブレーキが解除されるまで、運動エネルギーが熱（放散）に変換されます。 ^[6]

磁気軌道ブレーキは、接触線が故障した場合でも安全に作動する必要があります。したがって、ブレーキ システムは、停電が発生した場合でも車両のバッテリーからの電力供給が常に保証されるように設計する必要があります。

剛性磁石には磁石本体の全長にわたって走る単一の鋼鉄コアが含まれており、摩耗部品として下側にポールシューが配置されています。^[7]

剛性磁石は一般的に路面電車に使用され、通常は低い位置に吊り下げられます。

サスペンションは、スイッチがオフになった磁石をレールの上に保持する役割を果たします。ブレーキをかけると、磁石はサスペンションのスプリングの力に逆らって自動的にレールに引き寄せられます。スイッチがオフになると、サスペンションのスプリングが磁石を準備位置に戻します。^[8]

ドライバーは、ブレーキ力を磁石から台車に伝達する役割を担っています。これは、タイ バーまたはドライバー タワーを介して行われます。

タイバーはブレーキマグネットの前端と後端にそれぞれ取り付けられており、ブレーキ力を伝達するための推奨される最も効果的な方法です。

ブレーキマグネットの前または後ろにドライバーを取り付けるのに十分なスペースがない場合は、ドライバーはマグネットの上に取り付けられます。これらはドライバータワーと呼ばれます。このタイプのドライバーは、例外的な場合にのみ使用してください。^[9]

ポールシューはブレーキ磁石の下側にあります。2つのポールシューの間には非磁性ストリップがあり、磁気短絡が発生しないようにしています。^[10]

レールシューの摩擦材は様々な材料で作られており、それぞれがレールシューの耐用年数とブレーキ性能を決定します。^[11]

関節式磁石には、2つの端部ピースと仕切りで区切られた複数の中間リンクに分かれた磁気コアがあります。端部ピースはコイル本体にしっかりとねじ止めされていますが、中間要素はコイルケースの開口部で自由に動くことができます。そのため、ブレーキプロセス中にレールの凹凸にうまく適応することができます。^[12]

トラックロッドはブレーキマグネットを一定の距離に保つために使用されます。また、平行性と安定性も確保します。2つのブレーキマグネットとともに、トラックロッドはいわゆるブレーキフレームを形成します。トラックロッドは各車両モデルに合わせて個別に調整する必要があります。^[13]

作動シリンダーはブレーキスクエアの上部にあり、ブレーキフレームをレール上に降ろし、再び上昇させる役割を果たします。^[14]

ブレーキがかかっていないときは、内蔵のスプリングがブレーキフレームを高い位置に保持します。ブレーキがかかっているときは、ブレーキフレームはスプリングの力に抗して空気圧でレール上に下げられます。これに必要な圧縮空気の供給は、別の圧縮空気リザーバーによって行われます。これにより、車両のブレーキパイプが故障してもブレーキシステムが機能し続けることが保証されます。ブレーキが解除されると、作動シリンダー内のスプリングがブレーキフレームを高い位置まで持ち上げます。^[15]

非作動状態では、磁石は非通電となり、ブレーキスクエアは高い位置に移動します。この場合、センタリング装置はブレーキスクエアが中央に配置され、その位置に固定されることを保証します。ブレーキ中は、ブレーキ磁石が作動し、磁力によってレールの中央に配置されます。^[16]

また、関節式磁石を使用すると、運転者はブレーキ力がブレーキ磁石から車両に伝達されることを確認することができます。これらはブレーキフレームの内側の4隅に配置されています。^[17]

必要に応じて、ブレーキフレームにバッファスイッチを取り付けることができます。このスイッチは、ブレーキフレームが高位置から外れたときに信号を送り、軌道ブレーキの状態に関する情報を提供します。^[18]

磁気トラックブレーキのポールシューはさまざまな材料で作られており、主に磁気特性、ブレーキ力係数、摩耗が異なります。^[19]

トラックブレーキの標準的な摩擦材は鋼です。鋼製ポールシューの摩耗は少ないですが、溶接部分が形成されるため、定期的に削り取る必要があります。

焼結材で作られたポールシューはブレーキ性能が向上し、溶接部が形成されませんが、摩耗が激しくなります。焼結材はブレーキ力が重要な場合に使用されます。現在、たとえばノルウェーのVyで使用されています。

鋳鉄製のポールシューは幹線でのみ使用されます。ブレーキ力が低下し、摩耗が増加しますが、溶接は発生しません。フランスでは、鋳鉄は磁気トラックブレーキに使用される標準的な摩擦材です。

多くの鉄道車両には磁気軌道ブレーキが搭載されています。高速列車のみが技術的な理由から磁気軌道ブレーキの代わりに渦電流ブレーキを使用しています。英国の大型鉄道車両では、信号システムに干渉する可能性があるため、通常は磁気軌道ブレーキは使用されていません。

剛性磁石は通常、低いサスペンションに吊り下げられ、路面電車で使用されます。特別な場合には、トラックロッドの使用が可能です。

関節磁石は通常、高い位置に吊り下げられ、幹線鉄道で使用されます。ただし、地下鉄のように低い位置に吊り下げられて使用される場合もあります。

• 渦電流ブレーキ
• スキッドブレーキと磁気ブレーキの詳細については、ブレーキランを参照してください。